铁路隧道使用凿岩台车与风钻钻爆的比较研究

为进一步分析研究高铁隧道凿岩台车与风钻钻爆的优劣及适用性问题,以郑万高铁小三峡隧道工程为依托,介绍风钻钻爆 的施工应用情况及凿岩台车钻爆在施工应用方面的制约因素,并从施工工效、人员配置、安全性、超欠挖控制、成本投入等方面对比 分析。 主要研究结论如下: 1)采用凿岩台车钻爆,在硬岩条件下钻爆速度较快,Ⅲ、Ⅳ级围岩可通过工法调整来提高凿岩台车的施 工效率,遇软弱围岩时应慎重选用; 2)凿岩台车钻爆与风钻钻爆相比,劳动强度低、节省劳动力、安全风险小等方面具有突出成效; 3)理论分析凿岩台车钻爆较风钻钻爆平均线性超挖小,但实际施工过程中却反之,可通过加强管理来缩小与人工钻爆之间的超挖 差距; 4)凿岩台车对风钻钻爆的优势显而易见,随着隧道施工机械化进程不断地发展,将来一段时间凿岩台车钻爆替代风钻钻爆 施工是未来地下工程开挖的发展方向之一。     

三臂凿岩台车在郑万高铁隧道软弱围岩施工中的应用

为确保郑万高铁隧道施工的安全、质量,加快隧道施工进度,在软弱围岩中采用三臂凿岩台车进行大断面施工。通过对三臂凿岩台车进行适当改造（改造推进梁位置、改用加粗钻杆、改装降低夹持器高度、更换耐磨大钻头等）可实现利用三臂凿岩台车进行加深炮孔、超前地质钻孔、超前管棚施工;将提前设定好的钻臂负责施工范围、钻孔顺序、钻孔深度及角度等钻爆参数导入三臂凿岩台车操作控制系统可方便钻爆施工;加装3D激光扫描仪,可实现隧道开挖断面扫描。通过对比三臂凿岩台车与传统钻爆法施工在钻孔精度、钻爆效果、施工管理和施工进度等多个方面的优缺点,采用三臂凿岩台车大断面施工相对于传统分部开挖施工,减少了施工作业工序及施工干扰,更便于施工组织和管理,更有利于隧道施工安全质量的控制、加快施工进度;大断面施工减少了分部施工时多次对围岩的扰动,更有利于围岩稳定。通过一系列的试验,总结出一整套三臂凿岩台车在软弱围岩地质条件下施工的理论数据及现场施工经验,为今后推广三臂凿岩台车在隧道软弱围岩中大断面施工提供借鉴。     

基于爆破损伤隧道初支与掌子面合理距离研究

基于钻爆法,研究在围岩损伤条件下初期支护滞后掌子面不同距离时隧道稳定性。利用声波检测隧道爆破开挖后围岩的扰动损伤,将隧道支护时机与施工时初期支护滞后掌子面距离相结合,通过FLAC3D数值模拟分析不同初支滞后距离下围岩的位移量、应力大小,得到在该工程地质条件下,随着距离的增加,围岩位移量略有增加,围岩应力降低,并最终趋于稳定,根据其变化规律分析可得初期支护滞后掌子面12 m的情况下围岩能够自稳。实践证明,不仅取得了良好的光面爆破效果,而且有效地控制住围岩超欠挖,从而取得较大的经济效益。     

新乌鞘岭隧道软岩大变形悬臂掘进机施工控制技术研究

为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究的基础上,采用现场试验的方法,研究玻璃纤维锚杆超前加固、超前大管棚支护、悬臂掘进机预留核心土两台阶机械法开挖工法、合理预留变形量以及增强初期支护的锁脚锚固、桁架结构加强初期支护纵向连接、径向注浆加固围岩等措施。经现场应用表明： 1）对于高地应力软弱围岩隧道,采用预留核心土两台阶大断面悬臂掘进机铣挖法施工技术是可行的,结合超前加固、支护结构补强等措施后,支护结构累计变形较前期减小一半以上,支护结构变形可控。2）采用悬臂掘进机开挖,隧道平均线性超挖量可控制在15 cm以内,相比钻爆法喷射混凝土平均超挖率由120%减小至60%,工序循环时间减少3 h左右,月施工进度由25~35 m提升至50~60 m。3）高地应力软岩大变形控制应在合理工法、合适设备、合理预留变形量和具有一定抵抗变形能力的支护结构之间找到平衡点。     

蒙华铁路隧道工程施工技术要点及机械化配套

目前我国隧道钻爆法施工存在整体机械化程度较低、施工环境恶劣、工人劳动强度大的问题。以蒙华铁路隧道工程实践为依托,从建立监控量测信息化平台、大断面开挖及初期支护早封闭施工、提高硬岩地段隧道光面爆破水平、确保隧道支护结构质量等方面总结蒙华铁路隧道工程施工技术要点,即"一强化(强化量测)、二紧跟(钢架紧贴掌子面、仰拱紧跟下台阶)、三超前(超前预报、超前加固、超前支护)、四到位(工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌质量到位)";并重点介绍隧道施工机械化配套情况,包括湿喷机械手、自行式仰拱长栈桥、新型二次衬砌台车工装、马蹄形盾构、预切槽设备、悬臂式掘进机等的应用和创新;为全面统筹全线路隧道施工技术管理及提高隧道施工机械化水平形成示范效应并提供技术支撑。     

山岭隧道机械化大断面法设计关键技术

为解决长大山岭隧道钻爆法机械化安全、快速、高质量施工所面临的技术问题,依托郑万铁路湖北段隧道工程,采用“科研先行、试验验证、推广应用”的工作方法,开展隧道大型机械化修建技术研究与现场试验。结合国内外调研情况及工程实践,得出如下结论： 1)隧道机械化修建方法是对传统方法的系统性改变; 2)Ⅳ、Ⅴ级围岩传统多台阶法、被动支护、围岩压力“分担比”理论与机械化大断面法不相适应; 3)机械化大断面法施工的核心要点是“快挖、快支、主动支、快封闭”; 4)隧道结构设计采用规范中基于松散压力的围岩压力计算方法与实际存在差异,可采用形变压力计算方法; 5)对于采用机械化大断面法施工的隧道,掌子面超前主动支护体系与洞身主动支护体系是确保隧道掌子面附近围岩稳定的关键。     

液压凿岩台车开挖隧道控制超欠挖施工技术

由于液压凿岩台车自身的结构比较特殊,在控制超欠挖方面比风钻开挖难度上大许多,培养出高水平的司钻人员也需要较长的时间,其费用也相当高。以致在某客运专线隧道施工中,由于没有合格的凿岩台车司钻人员,隧道开挖超欠挖太大,无法承受巨额的经济损失。为了履约,将液压凿岩台车停放在施工现场当做摆设,先进的生产力因司钻操作技术水平的限制无法发挥其作用在此情况下作者结合工程实践,从司钻技术要求、测量放线、周边孔司钻、底板孔司钻、底板光面爆破、欠挖管理、司钻管理等技术和措施方面详细介绍了液压凿岩台车开挖隧道控制超欠挖施工技术,为隧道及地下工程开挖控制超欠挖提供了借鉴,为施工人员、技术人员提供了参考。     

隧道成型控制爆破技术及围岩损伤范围研究

为解决因初期支护格栅拱架限制周边眼钻凿精度而引起的隧道周边超欠挖问题,以青岛地铁1号线瓦屋庄站至贵州路站区间工程为例,介绍“长、短眼”控制爆破技术,提出“长、短眼”布置方案,并采用质点峰值振动法和激光隧道断面检测仪分别对“长、短眼”爆破技术产生的围岩损伤范围和隧道超欠挖量进行分析和监测。结果表明： 1）采用“长、短眼”控制爆破技术,Ⅳ级围岩段隧道周边超欠挖控制在150 mm以内,且理论计算每米进尺回填混凝土节省成本7 182元,可提高工程经济效益; 2）长短眼爆破产生的损伤范围为0.29~0.33 m,隧道拱顶沉降、净空收敛量均控制在10 mm以内,施工效果好。     

水平层状围岩隧道超欠挖控制技术研究

基于吉怀（吉首-怀化）高速公路羊和岩隧道水平层状红砂岩钻爆法开挖的工程实践,对超欠挖的危害、超欠挖的影响因素进行了分析,提出了水平层状围岩全断面法施工的钻爆设计参数;鉴于现场钻爆施工的方便性及可操作性,提出了从提高钻孔精度、控制装药参数、规范装药结构和加强施工管理四方面来控制水平层状红砂岩隧道超欠挖的技术措施。     

超大跨度公路隧道爆破方案效果研究

超大跨度隧道断面尺寸大,掌子面开挖时结构稳定性差,对爆破技术要求较高。为使超大跨度隧道爆破施工更加规范和安全,以老虎山超大跨度公路隧道为依托,分别对Ⅲ级围岩和Ⅳ围岩爆破方案和效果进行分析和研究。结果表明:1)Ⅲ级围岩采用上下台阶法钻孔爆破方案,Ⅳ围岩采用上台阶CD法钻孔爆破方案,可有效减少爆破造成的超挖、欠挖,可加快施工进度;2)二级复式楔形掏槽是增大爆破效果和减小爆破震动的有效控制手段,且能加快在超大跨度公路隧道爆破段中的施工进度,保证工期。     

一种三臂凿岩台车推进梁上顶盘的改造

为提高凿岩台车施钻时超欠挖控制的精度,通过对一种三臂凿岩台车推进梁上的顶盘结构进行分析,发现原顶盘的结构设计存在一定的缺陷,即顶盘钻杆导向孔与隧道纵向水平线之间的距离过大,导致施钻时外插角难以控制,从而影响超欠挖控制的精度。通过分析和总结,对顶盘重新进行了设计,通过减小顶盘钻杆导向孔与隧道纵向水平线之间的距离减小了施钻时的外插角,从而减少了对超欠挖的影响。     

铁路隧道光面爆破施工技术与管理实例

为减少铁路隧道开挖断面超挖或欠挖,提高隧道施工的安全和质量,有效控制施工成本,在爆破参数初步设计的基础上,对周边孔间距、光爆层厚度、炮孔长度、装药量和分段装药结构进行优化,最终采用周边孔间距为35 cm、光爆层厚度为40 cm、炮孔长度为3.2~3.8 m、周边孔每孔装药量为0.6~0.75 kg和分3段进行装药的优化参数,爆破效果满足铁路隧道光面爆破控制的要求。另外,在爆破作业过程中,通过加强技术交底、技术培训以及合同管理,并严格执行班组长责任制,提高了爆破控制的质量,达到超欠挖控制的目标,有效节约经济费用。     

软弱围岩地层隧道大断面机械化施工工法应用

为解决我国山岭隧道施工技术落后的问题,对高速铁路大断面隧道的机械化施工工法进行阐述。通过配备成套的隧道机械化工装设备,并经现场试验研究,形成开挖、支护、衬砌、水电缆槽4条隧道施工生产作业线的新型施工组织模式,以实现Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩机械化大断面的连续施工。通过全电脑三臂凿岩台车的应用,开挖炮眼精确定位、系统锚杆精准安装、施工信息同步上传等施工难题得以解决; 通过各类大功率机械设备的配置和应用,可缩短各道工序的循环时间,实现软弱围岩早封闭的安全管理理念。根据大量的监测数据和现场实践表明,隧道大断面机械化施工工法的施工质量可靠、施工效率高且施工安全。     

三臂凿岩台车与手持凿岩机在大相岭隧道应用中的比较

介绍了三臂凿岩台车在雅泸高速公路大相岭隧道施工中的应用,并与手持风动式凿岩机在钻孔速度、能耗、安全性、施工成本及适用范围等方面进行了比较,指出三臂凿岩台车在特长隧道较硬或坚硬围岩施工中具有优势。     

“短孔卸压降振法”对周边孔爆破减振效果的研究

为了解"短孔卸压降振法"对周边孔最大振速的影响程度,利用多自由面削减能量的原理,首先采用ANSYS-DYNA数值模拟软件对设置"卸压短孔"前后的断面模型进行计算分析,其次结合现场对设置"卸压短孔"前后的隧道断面爆破试验,提取爆破后的振速图进行对比论证,从而得出设置"卸压短孔"前的断面爆破振速大于设置后的断面爆破振速的结论。结果表明:1)使用"短孔卸压降振法"后,断面周边孔振动速度有所降低;2)采用"短孔卸压降振法"进行控制爆破后,隧道开挖轮廓线成型平整,超欠挖现象显著减少。     

郑万高铁隧道施工大型机械化配套及信息化应用探索

为解决隧道钻爆法施工整体机械化程度较低、施工环境恶劣和工人劳动强度大等问题,以郑万高铁湖北段隧道工程实践为依托,从大断面快速修建技术理论研究、机械化配套设备、机械化配套条件下施工技术和信息化系统应用等方面总结郑万高铁湖北段隧道大断面修建关键技术,即： 在建造理念上由塌方荷载发展为变形控制设计方法;在施工工法上由分步、分部开挖法发展为大断面和全断面开挖法;在支护形式上对初期支护和超前预加固进行强化（中空、砂浆锚杆强化为涨壳式低预应力锚杆,喷射混凝土采用高强、早强混凝土）;在施工装备上由小型机械化、半机械化开挖施工阶段转变为多臂凿岩台车为主的机械化作业;在工序作业上由单一工序机械化施工转向全工序机械化配套作业;搭建信息平台,将手机作为管理工具,借助物联数据进行施工管理。通过对隧道施工大型机械化配套及信息化应用的探索和创新,由理论到实践,形成了一整套机械化配套条件下的大断面隧道安全、快速、标准化施工工法及工艺,推动隧道的整体施工水平和综合管理能力。